Werkstoffgerechte Auslegung von Direktverschraubungen in SMC/BMC-Bauteilen

IGF-Vorhaben-Nr.: 01IF22904N

Laufzeit: 01.06.2023 - 31.05.2025

Forschungseinrichtungen:

Fakultät Maschinenbau KTP Institut für Kunststofftechnik

Fachgebiete:

KB Werkstoffe, Materialien,
MB Fertigungstechnik, auch: Umformtechnik, Fügetechnik, Oberflächentechnik

KC Leichtbau,
HA Fahrzeug- und Verkehrstechnologien, auch: Antriebstechnik

Wirtschaftszweige:

22 Herstellung von Gummi- und Kunststoffwaren, 29 Herstellung von Kraftwagen und Kraftwagenteilen

27 Herstellung von elektrischen Ausrüstungen, 28 Maschinenbau

Vorhabenbeschreibung:

Steigende Temperaturanforderungen sowie der Fokus auf den Leichtbau machen die duroplastischen Feuchtformmassen SMC und BMC zunehmend interessant für den gesamten Mobilitätssektor. Sie stellen häufig eine gute Alternative zu teuren Hochtemperatur-Thermoplasten und zu Leichtmetallen dar. Zudem ist es möglich, hochautomatisiert auch sehr große, flächige Bauteile herzustellen. Im Gegensatz zu Thermoplasten können SMC und BMC jedoch nach der Verarbeitung nicht wieder aufgeschmolzen werden, sodass das Schweißen als Fügeverfahren entfällt. Die dominierende Technologie ist hier die Verschraubung. Während oftmals metallische Inserts verwendet werden, ist aus wirtschaftlicher Sicht die Direktverschraubung wünschenswert. Allerdings existieren aktuell keine Richtlinien zur sicheren Auslegung der Direktverschraubungen in SMC/BMC-Formteilen. Folglich ist das Ziel dieses Vorhabens die Entwicklung von Gestaltungsrichtlinien zur Auslegung der Verbindung von SMC/BMC-Bauteilen mittels Direktverschraubung unter Berücksichtigung optimierter materialspezifischer Schraubenarten. Die Direktverschraubung muss einerseits konstruktiv bestmöglich ausgelegt werden, andererseits muss durch unterschiedliche Prüfverfahren die Sicherheit und Anwendbarkeit der Verbindung sowohl bei statischer als auch bei dynamischer Belastung gewährleistet werden. Die Auslegung der Tubusgeometrie wird systematisch untersucht, um Auslegungsempfehlungen zu erarbeiten und den Einfluss der Parameter Einschraublänge, Kernlochdurchmesser, Entlastungsbohrungstiefe, Tubus-Außendurchmesser und der Fertigungsparameter auf das Vorspannkraftverhalten und die Auszugskraft darzustellen. Die Ergebnisse des Vorhabens sollen für die Auslegung von SMC/BMC-Direktverschraubungen ohne umfangreiche Voruntersuchungen verwendet werden können. Insbesondere KMU, die den wesentlichen Teil in der Duroplastverarbeitung ausmachen, können somit kostengünstig ihre Formteile für die Direktverschraubung auslegen.